К вопросу изучения тектонического развития структур Саратовского правобережья
Ю. П. БОБРОВ
Значительная часть тектонических поднятий Саратовского газонефтеносного района содержит залежи нефти и газа, приуроченные к палеозойским отложениям. Несоответствие структурных форм по мезокайнозою и палеозою создает трудности при проведении здесь поисково-разведочных работ на нефть. Особенно это относится к поискам девонских залежей. Нами затронут ряд вопросов о соотношении структурных форм мезозойских и палеозойских отложений на охарактеризованных бурением площадях. Графические построения, необходимые для выявления истории формирования локальных поднятий Саратовского правобережья, проводились главным образом на основе материалов геолого-геофизического изучения разрезов скважин.
Исследования показали, что метод палеоструктурного анализа, который основан на изучении мощности различных стратиграфических горизонтов, литологических пластов и пачек, в условиях Саратовского правобережья полезно дополнять палеогеологическими построениями. Последние приобретают особую ценность благодаря наличию в разрезе хорошо выраженных стратиграфических перерывов. Изучение перерывов позволяет судить о палеотектонике, современном тектоническом строении и соотношении локальных поднятий в пределах различных структурных этажей.
По материалам пробуренных на территории Саратовского правобережья скважин выясняется, что одно из наиболее крупных стратиграфических несогласий приурочено к контакту палеозойских (преимущественно каменноугольных) и мезозойских (среднеюрских, байосских) отложений. Поэтому при анализе структурного развития палеозойских пластов-коллекторов был специально изучен вопрос о характере поверхности каменноугольных известняков к началу среднеюрской трансгрессии, о контурах распространения в то время на данной поверхности различных стратиграфических горизонтов и литологических пачек карбона и условиях отложения среднеюрских (байосских) пород на размытую поверхность его. В соответствии со стратиграфическим положением упомянутой выше зоны несогласия на исследуемой территории условно можно выделить два структурных этажа: верхний - мезокайнозойский, сложенный породами мезозоя и кайнозоя, и нижний - палеозойский, сложенный палеозойскими породами.
Изучение приконтактовой зоны байосских и каменноугольных пород показало, что на поднятиях Саратовского правобережья песчаная толща, которая залегает в нижней части байосского яруса, состоит из нескольких пластов песков и песчаников (мощностью порядка 3-10 м), разделенных глинистыми прослоями. Эти обычно выдержанные по простиранию пласты, как правило, могут быть выделены на разных поднятиях и имеют мало меняющиеся мощности. Незначительные колебания последних чаще всего связаны с самым нижним из этих пластов - с базальным песчаным пластом, залегающим непосредственно на поверхности известняков карбона. Еще большим постоянством мощности характеризуется залегающая выше преимущественно глинистая толща байоса. Здесь отдельные, даже относительно тонкие (порядка 0,5-0,7 м) пропластки глин и песчаных пород настолько выдержаны, что, несмотря на литологическое однообразие толщи, почти каждый из пропластков, однажды выделенных по электрокаротажу на какой-либо одной структуре, свободно прослеживается на ряде других структур (рис. 2 и рис. 5). В интервалах залегания байоса электрокаротажные кривые скважин одной структуры, а также разных структур при наложении нередко почти совпадают друг с другом.
Постоянство мощностей отдельных пластов и пропластков байоса и относительно слабое изменение его общей мощности позволяют предполагать тектонически спокойные условия осадконакопления в байосское время. Незначительные колебания мощности базального пласта свидетельствуют об отсутствии сколько-нибудь значительных неровностей рельефа каменноугольных известняков в начале байосского времени на изученных поднятиях. Вероятно, морская абразия юрского моря выровняла поверхность известняков карбона и на эту выровненную, по-видимому, слегка наклонную поверхность легли породы байоса. Базальный песчаный пласт байоса полностью перекрыл известняки и таким образом еще более снивелировал рельеф. Изменения мощности базального пласта отражают общий наклон и незначительные неровности поверхности известняков карбона на площади того или иного поднятия. Мощности вышележащих песчаных и глинистых пластов байоса, которые отлагались на ровную поверхность нижнего базального пласта, этих неровностей не отражают.
Поверхность карбона в начале среднеюрской трансгрессии представляла собой на значительной части территории Саратовского правобережья почти плоскую, вероятно, слабо наклонную (на юг или юго-восток) поверхность. Палеогеологическая карта этой поверхности позволяет судить о местоположении, размерах и морфологии поднятий, сформировавшихся к началу байосского времени. Неровности современной поверхности карбона этой территории не связаны с наличием эрозионных останцов добайосского рельефа, а имеют тектоническое происхождение. Относительно медленное постепенное уменьшение мощности байоса на территории Саратовского правобережья в северо-западном направлении без видимой связи с существующим планом расположения отдельных поднятий и выдержанность по простиранию отдельных пластов малой мощности позволяют предполагать, что выравнивание древнего, досреднеюрского рельефа происходило не только на площади развития разбуренных поднятий, но и в разделяющих их понижениях и более глубоких тектонических прогибах, где, возможно, с байосом контактируют не только каменноугольные, но и более молодые отложения.
В связи с изложенным при изучении формирования отдельных поднятий наряду с палеоструктурными и структурными картами стало целесообразным построение палеогеологических и структурно-палеогеологических карт поверхности карбона. Построение проводилось методом профилей для зоны контакта байоса и карбона с детальным выделением по электрокаротажу пластов каменноугольного возраста, граничащих с байосом на той или иной разбуренной площади. В условиях Саратовского правобережья эти палеогеологические карты по существу почти не отличаются от пластовых карт и отражают характер добайосских движений и строение поднятий к началу байосского времени.
Структурные карты разбуренных поднятий по поверхности карбона фиксируют характер и амплитуды движений, которые привели к перестройке нижнего, палеозойского структурного этажа за период от начала байосского до настоящего времени и часто не отражают исходных структурных форм добайосского происхождения. Структурно-палеогеологические карты, на которых, кроме стратиграфических, литологических границ пластов и пачек карбона, наносятся изогипсы современной его поверхности, сочетают в себе элементы пластовой и структурной карт. Они отражают как строение верхней, в основном каменноугольной, части палеозойского структурного этажа к началу байосского времени, так и современные формы поверхности карбона, что позволяет судить о морфологических изменениях этой поверхности, приконтактовой зоны байоса и карбона и в какой-то степени нижележащих палеозойских пластов за период от начала байосского до настоящего времени.
Изучение структурно-палеогеологических карт поверхности карбона, составленных для поднятий Саратовского правобережья, показывает, что, как правило, в их пределах местоположение зоны наибольшего предбайосского размыва пластов карбона не совпадает с местоположением современного тектонически наиболее приподнятого участка поверхности карбона. Другими словами, местоположение сводов поднятий добайосского формирования по выдержанным пластам карбона, расположенным близ поверхности карбона, обычно не совпадает с положением сводов современных поднятий по поверхности карбона (и по вышележащим реперам мезозоя). Это свидетельствует о том, что зоны проявления послебайосских движений, которые впервые деформировали поверхность карбона и мезозойский комплекс и повторно нижележащие пласты карбона (и более древние породы), не совпадали с зонами развития движений, сформировавших поднятия по пластам карбона к началу байосского времени.
По мнению ряда авторов(Мирчинк М.Ф. и Бакиров А.А. О геотектоническом развитии Русской платформы в связи с изучением ее нефтегазеносности. Нефт. хоз., № 1, 1951.) несовпадение добайосского структурного плана с существующим структурным планом по байосским и более молодым отложениям связано со сменой тектонического режима в различные этапы формирования поднятий. Материалы по Саратовскому правобережью очень хорошо подтверждают эту точку зрения.
Современные поднятия по не затронутым предбайосским размывом пластам карбона, приуроченным к зоне его контакта с байосом, так же как и структурные формы по различным нижележащим палеозойским пластам, являются результатом наложения молодых тектонических движений, которые зафиксированы формой современной поверхности карбона, на более древние, добайосские дислокации, частично отраженные палеогеологическими картами поверхности карбона. Эти поднятия, как правило, морфологически отличаются как от древних, добайосских структурных форм, так и от современных форм по поверхности карбона и по мезозойским реперам.
В формировании современных поднятий по палеозою на различных участках территории Саратовского правобережья роль добайосских и послебайосских движений различна. Местоположение и структурная форма поднятий в одних случаях контролируются в основном движениями добайосского времени и местоположением досреднеюрских структурных форм, в других случаях основное значение имеют более молодые послебайосские движения и местоположение и форма современных поднятий по поверхности карбона и по мезозойским маркирующим горизонтам. Иногда в равной степени сказываются как один, так и другие движения. Это является одной из причин того, что своды современных поднятий по различным палеозойским маркирующим горизонтам часто бывают смещены относительно сводов современных поднятий по поверхности карбона или по мезозойским слоям или вообще не совпадают с ними. Степень несовпадения сводов современных поднятий мезокайнозойского и палеозойского структурных этажей определяется соотношением амплитуд и форм древних добайосских поднятий, которые отчасти отражены формой и характером стратиграфического несогласия между палеозоем и байосом на данном участке, и амплитуд современных поднятий по поверхности карбона или по мезозойским реперам.
На участках, где добайосские структурные формы имели значительные амплитуды, а амплитуды современных поднятий по поверхности карбона или по мезозою сравнительно невелики, местоположение и строение современных поднятий по палеозою контролируются в основном добайосскими структурными формами. При разведке таких поднятий можно ориентироваться на добайосское тектоническое строение верхней части палеозойского структурного этажа, отраженное на палеогеологических картах поверхности карбона.
На участках, где добайосские структурные формы по тем или иным пластам палеозоя имели незначительные амплитуды, а амплитуды современных поднятий по поверхности карбона или по мезозойским слоям существенно больше, местоположение и морфология современных поднятий по пластам в палеозое в значительной степени определяются структурными формами по поверхности карбона и по мезозою. При разведке таких поднятий можно ориентироваться на структурные карты по поверхности карбона или по мезозойским маркирующим горизонтам.
В местах, где палеозойский комплекс в начале байосского времени залегал горизонтально или почти горизонтально, формы современных поднятий по палеозою и мезозою, сформировавшихся в послебайосский период, мало отличаются друг от друга и своды этих поднятий практически совпадают.
Легче всего могут быть выявлены палеозойские поднятия, совпадающие по положению с современными мезозойскими структурами. Однако там, где формирование поднятий происходило не на месте древних сводов добайосского формирования, условия для образования в них залежей нефти и газа, вероятно, были менее благоприятными вследствие относительно молодого возраста их как ловушек для нефти и газа. Изучение ряда таких поднятий, заложившихся на участке моноклинального залегания палеозоя в начале байосского времени, показывает, что к ним чаще всего приурочены залежи с небольшим этажом газонефтеносности, несмотря на значительные амплитуды поднятий (рис. 3).
Труднее выявляются такие поднятия по палеозою, где строение современной структурной ловушки приблизительно в равной мере определяется строением древнего, добайосского поднятия и последующими движениями, зафиксированными тектоническими формами по мезозою или по поверхности карбона. В качестве примера можно привести поднятие, изображенное на рис. 1 ,а, б и 5, где структурная ловушка в сталиногорском горизонте (а также в ряде других горизонтов) образовалась в результате наложения послебайосских движений на юго-восточную периклиналь древнего поднятия добайосского формирования по кровле сталиногорского горизонта. Здесь свод современного поднятия по кровле сталиногорского горизонта не совпадает ни с наиболее приподнятым участком древнего добайосского поднятия по кровле сталиногорского горизонта, приуроченного к северо-западной части площади (см. рис. 1, б), ни со сводом до поверхности карбона и по мезозою (т. е. послебайосской структурной формы), расположенным в юго-восточной части разбуренной площади (см. рис. 1 ,а), а занимает промежуточное положение.
Трудными для выявления являются также поднятия по палеозою, не отраженные или очень слабо отраженные мезозойским структурным этажом, т. е. древние, в основном добайосские, структурные формы. С такими поднятиями могут быть связаны древние залежи, сохранившие в основном свое местоположение в общих чертах неизменным от начала байосского до настоящего времени благодаря отсутствию влияния или слабому влиянию послебайосских движений.
На территории Саратовского правобережья одно из крупнейших месторождений с богатыми залежами нефти в девоне (см. рис. 4, а, б, в и рис. 2) приурочено к поднятию древнего заложения, которое длительное время являлось ловушкой и формировалось как в добайосское, так и в послебайосское время. На структурно-палеогеологической карте поднятия по поверхности карбона выходы различных пластов мячковского горизонта, контактирующего с байосом, имеют кольцевую конфигурацию. Из рассмотрения этой структурно-палеогеологической карты (см. рис. 4, а), структурных и палеоструктурных карт поднятия и профиля (см. рис. 4, б, в и рис. 2) можно видеть, что к началу байосского времени наиболее приподнятым участком поднятия по верхней части палеозойского структурного этажа (например, по кровле подольского горизонта), а также и по нижележащим горизонтам девона (по кровле нижнего нефтеносного пласта девона) являлся участок, где на контакт байоса и карбона выходят пласты Д и Е мячковского горизонта. На север, восток, юг и запад от этого участка имело место погружение слоев. В последующее время в результате послебайосских тектонических движений этот наиболее приподнятый участок и окружающая его территория (охваченная глубоким бурением) претерпели некоторые изменения: северная часть территории опустилась, южная поднялась и вся территория оказалась приуроченной к пологому северо-северо-восточному крылу крупного поднятия по подошве баррема (и по поверхности карбона), вытянутого в направлении запад-северо-запад-восток-юго-восток (см. рис. 4, а). Над крутым южным крылом древней добайосской структурной формы по палеозою образовался свод поднятия по подошве баррема (и по поверхности карбона). Послебайосские движения не привели к существенным изменениям в морфологии описанной выше добайосской структурной формы. Северное крыло поднятия в результате этих движений опустилось и приобрело еще более крутой наклон на север. Амплитуда послебайосских движений на южном крыле поднятия оказалась недостаточной, чтобы южное крыло добайосского поднятия приобрело обратный наклон, т. е. наклон к северу. Поэтому южное, приподнятое послебайосскими движениями крыло поднятия сохранило свой наклон на юг, но угол падения пластов при этом уменьшился.
Таким образом, благодаря относительно небольшой амплитуде послебайосских тектонических движений на площади развития древнего добайосского поднятия морфология и местоположение последнего как по верхней части палеозойского структурного этажа (в частности, по кровле подольского горизонта; см. рис. 4, в), так и по нижележащим горизонтам девона (например, по кровле нижнего нефтеносного пласта девона; см. рис. 4, б) практически остались почти неизменными до настоящего времени. При сопоставлении палеоструктурных карт поднятия, а также структурных карт его по палеозойским реперам со структурно-палеогеологической картой поверхности карбона и структурной картой по подошве баррема можно видеть, что местоположение современных сводов описываемого поднятия по маркирующим горизонтам в палеозое в основном контролируется тектоническими движениями добайосского времени, характер которых, так же как и морфология созданных к началу этого времени структурных форм, в значительной степени отражен структурно-палеогеологической картой поверхности карбона.
Значительное колебание стратиграфической глубины добайосского размыва на различных участках территории Саратовского правобережья позволяет предполагать, что здесь к началу байосского времени существовала серия самостоятельных поднятий по палеозою, не отраженных в настоящее время верхним, мезокайнозойским структурным этажом. Поэтому отсутствие на том или ином участке Саратовского правобережья структурных форм, хорошо выраженных по мезокайнозою, не дает основания для вывода о неперспективности данного участка в нефтегазоносном отношении.
Для выявления плана расположения добайосских поднятий для ряда участков Саратовского правобережья, где бурением вскрыты палеозойские отложения на глубину не менее 20-40 м, составлена сводная структурно-палеогеологическая карта поверхности карбона. Изучение карты позволило наметить зоны вероятного развития перспективных в нефтегазоносном отношении структурных форм древнего добайосского заложения. Поиски большой нефти на территории Саратовского правобережья требуют организации бурения не только на поднятиях, отраженных в мезозое, но и в смежных тектонических прогибах, а также на участках более или менее спокойного залегания мезокайнозоя, где могут быть расположены не отраженные мезокайнозойским структурным этажом древние погребенные палеозойские структуры, преимущественно добайосские поднятия, содержащие крупные газонефтяные залежи. Примером этого может служить месторождение, изображенное на рис. 4, а, б, в и рис. 2).
Небезынтересно отметить, что на одном из наиболее крупных газо-нефтяных месторождений Саратовского правобережья (с продуктивными пластами в карбоне), расположенном близ г. Саратов, из 13 скважин, пробуренных на девон и давших отрицательные результаты, только одна (скв. А), заложенная, как это видно из структурно-палеогеологической карты поверхности карбона, почти в своде добайосского поднятия, по верхней части палеозойского структурного этажа, по нижележащим живетским отложениям современной структуры также оказалась выше всех остальных скважин на 10-12 м и более. Нижнещигровские отложения в этой скважине имеют признаки нефти. Вероятно, по нижнещигровским отложениям скв. А находится в присводовой части современного поднятия.
Из рассмотрения структурно-палеогеологической карты месторождения по поверхности карбона (рис. 6), а также палеоструктурных и структурных карт различных горизонтов внутри карбона можно видеть, что в начале байосского времени наиболее приподнятым участком, по верхней части палеозойского структурного этажа был северо-восточный участок поднятия, где с байосом контактирует пласт «а» подольского горизонта. Свод добайосского поднятия по всем нижележащим горизонтам карбона находился также на этом участке. Так как на данном поднятии амплитуда послебайосских тектонических движений значительна и составляет более 150 м, а амплитуда добайосского поднятия по пластам в карбоне не превышает 50-70 м, то современный свод по пластам карбона образовался в основном там, где находится и свод поднятия по поверхности карбона. Другими словами, местоположение современного свода по каменноугольным пластам контролируется главным образом послебайосскими тектоническими движениями.
Изучение структурного развития различных горизонтов девона дает основание предполагать, что добайосский свод по живетским отложениям на площади рассматриваемого месторождения находился приблизительно на том же месте, где и добайосский свод по каменноугольным отложениям. Современный свод по поверхности карбона приурочен к юго-западному крылу древнего добайосского поднятия по живетским и вышележащим палеозойским отложениям. Амплитуда послебайосских тектонических движений, деформировавших юго-западное крыло добайосского поднятия и наиболее интенсивно проявившихся в районе современного свода по поверхности карбона, оказалась недостаточной для коренной перестройки добайосского структурного плана по живетским отложениям. Вследствие этого современный свод по живетским отложениям оказался практически на том же месте, где ранее был добайосский свод, и является сводом преимущественно добайосского формирования.
В его формировании принимали существенное участие не только добайосские, но и послебайосские тектонические движения. Не исключена возможность и того, что в восточной части описываемого поднятия одновременно существует не менее двух сводов по живетским отложениям - древний свод, сформировавшийся в основном в добайосское время, и более молодой, сформировавшийся в послебайосское время на южном крыле древнего свода. С точки зрения нефтеносности девона древний свод является, по-видимому, более перспективным. При проведении разведочных работ на девон в восточной части месторождения необходимо продолжать бурение в первую очередь в районе доюрского свода по живетским отложениям, который, вероятно, расположен в зоне выхода пласта «а» подольского горизонта (см. рис. 6). В случае отрицательных результатов поиски следует продолжать в направлении к запад-юго-западу от девонской скв. А.
Комплексное изучение структурных форм с построением структурных, палеоструктурных и структурно-палеогеологических карт и профильных разрезов позволяет получать довольно полное) представление о формировании локальных поднятий, различных тектонических элементов их и приуроченных к ним ловушек для нефти и газа. Оно позволяет более успешно и научно обоснованно проводить и поисково-разведочные работы.
Саратовский госуниверситет
а) 1 - глубокие скважины, пробуренные на карбон или девон; 2 - колонковые скважины; 3 - изогипсы кровли альба; 4 - изогипсы поверхности карбона; 5 - линия профиля АБ; стратиграфическая последовательность залегания пластов верхнего карбона; контактирующих с байосскими отложениями: 6 - пласт VIII; 7 -пласт VII; 8 - пласт VI; 9 - пласт V; 10 - пласт IV; 11 - пласт III; 12 - пласт II; б) 1 - современная структура кровли сталиногорского горизонта; 2 - структура кровли сталиногорского горизонта в начале байосского времени.
Рис. 2. Схема современного строения зоны контакта байосских и каменноугольных отложений на одной из структур Саратовского правобережья (профиль по линии ВГ)
1 - пески; 2 - глины; 3-известняки; 4 - песчаники.
Рис. 3.
1-скважины, пробуренные на девон или карбон; 2-изогипсы поверхности карбона; 3-изогипсы кровли сталиногорского горизонта; стратиграфическая последовательность залегания пластов карбона, контактирующих с байосскими отложениями: 4 - пласт 1 подошвы верхнего карбона; б - пласт Ц мощностью 31 м; 6 - пласт X мощностью 27 м; 7 - пласт Ф мощностью 13 м; 8 - пласт У мощностью 9 м; 9 - пласт Т.
а) 1- глубокие скважины, пробуренные на карбон или девон; 2- крелиусные скважины; 3 - изогипсы поверхности карбона; 4 - изогипсы подошвы баррема; 5 - линия профиля ВГ; стратиграфическая последовательность залегания пластов мячковского горизонта, контактирующих с байосскими отложениями; 6 - пласт М; 7 -пласт Л; 8 - пласт К; 9 - пласт И; 10 - пласт З; 11 - пласт Ж; 12 - пласт Е; 13 - пласт Д; б) 1 - структура кровли нижнего нефтеносного пласта девона в начале байосского времени; 2 - современная структура кровли нижнего нефтеносного пласта девона; в) 1 - структура кровли подольского горизонта в начале байосского времени; 2- современная структура кровли подольского горизонта.
Рис. 5. Схема современного строения зоны контакта байосских и каменноугольных отложений по одной из структур Саратовского правобережья (профиль по линии АБ).
1- пески; 2 - глины; 3 - песчаники; 4-известняки и доломиты.
1 - колонковые скважины; 2 - глубокие скважины на карбон; 3-глубокие скважины на девон; 4- изогипсы поверхности карбона; стратиграфическая последовательность залегания пластов карбона, контактирующих с байосскими отложениями: мячковский горизонт-5- пласт Е (4 м); 6 - пласт Д (9 м); 7- пласт Г (11 м); 8- пласт В (11м); 9 -пласт АВ (10 м); подольский горизонт -10- пласт В (5 м); 11- пласт б (5 м); 12 - пласт а.